10kV环网柜运用时绝缘部分的设计

摘要：环网柜是当前运用十分普遍的电力设备，随着供电事故的不断发生，人们开始认识到绝缘因素对环网柜运行的重要性。文章从环网柜的机械结构角度出发，分析了环网柜绝缘性能标准和绝缘部分的设计问题。

关键词：10kV环网柜；绝缘部分设计；绝缘性能；供电模式

中图分类号：TM359　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)04-0033-02

环网柜属于电气设备的一种，是由高压开关设备装在钢板金属柜体内组建而成，负荷开关和熔断器是环网柜的重点结构。在现代化建设广泛实施的今天，环网柜凭借其独特的优势得到了很大的推广，如：体积小、运用广、安全高、运行稳等，在各种建筑结构中的负荷中心配电站、箱式变电站等方面的运用尤为多见。

一、环网柜的相关结构特性

与早期的环网柜相比，现在市场上销售的环网柜产品在自身性能和内部结构上都得到了很大的改进。环网柜不但在结构上得到了优化设计，在使用性能上也调整为安全性好、可靠性高、实用性强等多项性能。经过不断的实际运用，环网柜要求负荷开关在体积、性能上都进行改进，这也促进了环网柜技术的改革创新。

(一)环网柜的供电模式

电力系统对于整个社会的用电有着决定性作用，而电力设备则是实现电能转换或传输的主要设备。考虑到保证供电系统的正常运作，维持供电流程的顺利进行，设计师对于环网柜的结构都会改装为供电网连接成环形的状态。这就使得传统的供电模式得到了更新，让用户能从不同的方面取得电源以正常使用。供电模式的选择还要考虑到运用场合的大小，对于大型的施工场地或小型的名宅区域，对于10kV配电系统的要求则不一样，多数由于负载容小而使得高压回路通以荷开关或真空接触器控制为主。

(二)环网柜的分类

从绝缘角度分，我们可以把环网柜划分成两大类别，包括：空气绝缘、SF6绝缘。两种环网柜的使用范围也大致相同，对分合负荷电流、开断短路电流、变压器空载电流的运用较多，能对整个设备线路发挥出保护效果，成为了环网供电和终端供电必须具备的装置结构。若进一步分类，空气绝缘的负荷开关则有产气、压气、真空等形式；SF6绝缘多数属SF6式。对于不同的负荷开关，将其设置于环网柜时应达到相关的标准，如：分配负荷、划分电路、接地调控等。不同的环网柜种类，对于绝缘设计的要求也不一样。

(三)环网与环网柜

供电系统中对于环网及环网柜进行科学的定义，这样有助于技术人员弄清状况。不仅方便了电力设备的操作使用，也给设计改良工作带来帮助。面对市场经济的发展，各类供电产品的多样化给设计工作带来了较大的难度，这就需要设计师能够严格把握设计准则。

第一，环网。环网多指的是闭合的环形结构，在环网中供电系统的电源能朝着不同的方向传输。供电电源先针对某一个环形干线供电，经过一段时间的持续运作后可从其它线路利用过高压开关对外配电。环网运作的最大优势在于，不同的配电支路能在其组左、右两侧的干线得到供电系统电源，左、右侧干线中只要有一侧遇到故障，则可从另一方中实现供电，这样不仅提高了供电的可靠性，还能为电力设备维修工作创造条件。由于环网结构的自身优势，在很多变电站或电箱结构里都倡导采取这种双向供电的模式。

第二，环网柜。环网柜结构与开关柜之间是紧密联系的，环网柜主要是各个配电支添加了开关柜，而所设置的开关柜本身的母线则属于一类环形干线。换言之，各个出线柜的母线共同连接在一起后就建立了环形干线，我们常常把出线柜看成为环网柜。通常情况下，供电系统运用的环网柜具有较为显著的特点，鉴于环网柜额定电流较小，其选择的高压开关基本上以结构简单的断路器为主，同时配备对应的带高压熔断器加强电力设备的控制。这种多项组合的形式和早期的断路器相比，在使用性能、操作方式等方面都有优势。

二、10kV环网柜绝缘性能的标准

为了适应不同环境下的需要，很多电力设备企业开始对10kV环网柜的绝缘结构进行多方面的研究设计，这不仅可以优化设备内部的结构形式，还能在运行时保证绝缘性能的正常发挥。从目前的电力设备使用情况看，设备的绝缘设计必须要考虑到外在条件的影响，执行严格的绝缘标准有助于改善设备的质量。

第一，调档设计。早期受到技术条件的限制，环网柜产品选择的是IEC12kV档，这种产品的绝缘部分设计已经达不到现代电气装备的需要。对于绝缘部分的设计，我们需要将原来的标准改为IEC17.5kV档，把环网柜的冲击耐压调到38kV以上。因此，对环网柜的设计必须要在借鉴早期绝缘效果的基础上加以改进，以维持10kV环网柜在运行中的绝缘性能。

第二，母线设计。母线设计时需注意两个方面，即材料和空间。材料方面，设计师对绝缘部分的材料选择需充分考虑到环网柜所处的环境，一般情况都需母线室采取全绝缘母线且包裹层材料要符合运用。空间方面，必须保证一次导电体对地与相间的空气净距处于正常状态，通常净距指标需大于130mm。注意材料、空间两大因素的设计能够让母线连接的有效进行。

第三，分布设计。环网柜中的有机绝缘材料设计是绝缘部分设计的重点，也是操作起来难度较大的环节。当前，对于绝缘部门设计采取的标准里要求对关键位置进行分布设计，如：母线支持绝缘子、电压互感器出线套管、静隔离插头支持套管、灭弧室动触头拉杆绝缘子等。对于各种绝缘子的分布，我们需要参照设计标准操作，把握好各种绝缘子的具体位置。

三、环网柜绝缘设计需注意的方面

由于环网柜的产品种类、结构形式、运用场合、技术参数等方面都存在明显的不同，在绝缘设计时要综合考虑这些方面进行设计，以保证最佳的绝缘效果。电力设备的机构设计需顾及到整个供电系统的运行，对于环网柜绝缘相对薄弱的位置需引起设计者的高度关注。笔者结合了自身长期工作情况，总结了绝缘设计时需要注意的几个方面：

第一，电缆头。电缆头连接结构形式是电力设备里的一个小型构造，而电缆头选择形式的不同会给绝缘效果带来较大的影响。笔者曾选择了两个不同的电缆头进行试验，一种为“烟斗型”电缆头，另一种为“通用型”电缆头。经过试验数据与实际分析得出，通用型热缩头运行之后立刻发生放电问题，这是由于出线套管的圆锥缺少“烟斗”控制所致，再选择“烟斗式”电缆头后问题消失。电力设备是一个复杂的结构形式，在设计时必须要顾及到每个细小的环节，通过对小型结构形式的改进调整才能达到满意的绝缘效果。

第二，均压罩。对于电力设备绝缘装置的改造，很多企业都经过了长时间的研究分析。为了有效处理电缆头联接处相间距离达不到标准这一问题，部分企业选择了均压罩来处理，从供电系统里的电场布置状况检测这一模式相对有效。但随着对均压罩研究的深入开展，技术人员开始发现均压罩在设计、生产、装配、调试等过程中具有分散性，均压罩理论上的绝缘效果与实际情况不符。经过专家分析，均压罩使用性能减弱的因素主要受外部环境、装置结构、设备性能的影响。因而，设计时最好在其外部添加绝缘套，如钮扣式绝缘套等。

第三，指示器。选择指示器是为了通过感应条件来反馈电力设备的故障状态，而不同国家的产品设计方法也各有长短。国外设计师们将故障指示器感知TA布置于电缆护皮的外部，使之和缆芯问形成有效的电缆绝缘层。但在本国的产品设计时，多数采用的是三芯电缆，对故障指示器感知TA的分布情况没有太多注意，这往往会造成不同的绝缘问题。一是放电。选用的热缩绝缘套会将游离的电荷融合到一起，经过一段时间之后TA的铁芯会出现放电；二是短路。由于铁芯与绝缘套在空间位置上相对接近，电力设备经过较长时间运作后会出现长热缩绝缘套、主绝缘层被割破的现象，由此引起设备短路问题，造成高压对地短路。设计师对该部分的绝缘设计，需要充分考虑指示器状态，可把感知TA设计成套装在环网柜的出线套管，这样在避免放点、短路的同时增强绝缘效果。

四、结　语

综上所言，电力行业不断发展以及社会供电需求的增长促进了各种电力设备的广泛运用，10kV环网柜逐渐成为了各种建筑结构中必须具备的电气装置。为了保证环网柜性能的有效发挥，设计师应对绝缘性能给予足够的重视，针对环网柜内部结构特性以及实际运用需要，做好多方面的绝缘设计工作，这样才能达到绝缘设计的具体要求。

参考文献：

[1]周进平，10kV环网供电技术中绝缘问题的分析探究[J]，南京理工大学学报，2009，19(12)

[2]黄军义，研究10kV环网柜运用时绝缘装置的布置问题，扬州大学学报，2008，40(8)

[3]徐向国，环网柜对于供电系统的使用价值与结构改造，电网技术研究，2008，31(10)

[4]张建宇，小议配电网馈线自动化技术与实际运用[J]，电力系统自动化，2009，19(2)

[5]谢文斌，中性点绝缘系统消除电压互感器铁磁谐振的措施，电力设备改造技术，2009，18(11)